DE3920171A1 - Walze mit einem rotierbaren walzenmantel und verfahren zu deren betrieb - Google Patents
Walze mit einem rotierbaren walzenmantel und verfahren zu deren betriebInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Walze mit einem um einen
drehfesten Träger rotierbaren und gegenüber dem Träger
mit wenigstens einem Stützelement abgestützten
Walzenmantel und wenigstens einer Einrichtung zur
Erhitzung der Innenseite des Walzenmantels.
Solche Walzen werden vorzugsweise zur Oberflächen
behandlung von Warenbahnen, insbesondere Faserstoff
material, z. B. Papier, Pappe, Non-wovens, Textil
oder Kunststoff unter gleichzeitiger Druck- und
Temperatureinwirkung verwendet. Besonders eignen sich
solche Walzen zur Glättung von Papierbahnen in
Glättwerken oder Kalandern, wobei durch eine erhöhte
Temperatur die Papierfasern leichter plastifizierbar
werden und unter Druckeinwirkung ein Glätt- und
Glanzeffekt auf der Papieroberfläche erreichbar ist.
Durchbiegungsausgleichswalzen, bei denen der rotierende
Walzenmantel gegenüber dem Träger mit wenigstens einem
Stützelement abgestützt ist, beispielsweise mit
wenigstens einer Druckkammer oder einer Reihe von
hydraulischen oder anderen Stützelementen, haben sich
als besonders geeignet erwiesen, eine gleichförmige
oder mit einem gewünschten Profil einwirkende
Anpreßkraft und einen gleichförmigen oder mit einem
gewünschten Profil wirkenden Wärmeübergang von der
Walzenoberfläche auf die Warenbahn zu erreichen.
Dies ist insbesondere bei großen Walzenbreiten bis in
den Bereich von 10 m, wie sie in Papiermaschinen üblich
sind, von Vorteil.
Beheizbare Durchbiegungsausgleichswalzen der eingangs
genannten Art sind z. B. aus der US-A-42 82 638 bekannt.
Bei diesen sind seitlich am Träger Düsen vorgesehen,
aus welchen heißes Wärmeträgermedium auf die
Walzenmantel-Innenseite gesprüht und der Walzenmantel
dabei mittels Prallströmheizung aufgeheizt wird.
Aus der CH-A-5 77 598 oder US-A-42 82 639 sind
andererseits Durchbiegungsausgleichswalzen mit einer
Reihe von hydrostatischen Stützelementen bekannt, deren
Lagerflächen Lagertaschen aufweisen, die über einen
Druckraum von Bohrungen im Träger mit einem erhitzten
Hydraulikmedium versorgt werden. Dabei wird die
Innenseite des Walzenmantels durch das heiße
Hydraulikmittel auf eine vorgesehene Temperatur
aufgeheizt.
Nachteilig ist bei diesen bekannten Walzen, daß die
Erhitzung des Walzenmantels über ein Wärmeträgermedium
vorgenommen wird. Da hierbei praktisch das gesamte
Walzen-Innere erhitzt wird, treten erhebliche
Wärmeenergie-Verluste auf, und es wird nur ein kleiner
Teil der zugeführten Energie zur Erhitzung des
Walzenmantels verwendet. Außerdem ist die Aufheizdauer
solcher Walzen auf die erforderliche Betriebstemperatur
beim Anlauf des Glättwerkes oder Kalanders vielfach zu
lang und erlaubt keinen rationellen Betrieb des
Glättwerkes.
Weiterhin ist nachteilig, daß die mit diesen Walzen
erzielbare Behandlungstemperatur an der
Walzenoberfläche begrenzt ist, da die im Walzen-Inneren
für die Zuführung des Heizmittels erforderlichen
Komponenten sowie das Heizöl selbst nur bis zu einer
bestimmten Temperaturgrenze brauchbar sind.
Außerdem entstehen während der Aufheizphase bei
solchen Durchbiegungsausgleichswalzen hohe
Zugspannungen an der Innenseite des Walzenmantels,
welche sogar zum Platzen des Walzenmantels führen
können und bisher nicht beseitigt werden konnten.
Statt die Walze von innen zu beheizen, wurde
vorgeschlagen, eine auf die Außenoberfläche des
Walzenmantels einwirkende Außenheizung vorzusehen.
Dabei treten erhebliche Energieverluste auf, und ebenso
entstehen Ungleichmäßigkeiten, welche zur Zerstörung
des Walzenmantels beim Aufheizen führen können.
Besonders empfindlich haben sich hier die in
Glättwerken und Kalandern gebräuchlichen Walzen mit
Hartgußmänteln erwiesen, bei denen sich, durch den
Herstellungsprozeß bedingt, in der Außenhaut bereits
ein bestimmter Eigenspannungszustand einstellt.
Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die vorstehend
erwähnten Nachteile des Standes der Technik zu
eliminieren und insbesondere eine Walze der eingangs
genannten Art sowie ein Verfahren zum Betrieb dieser
Walze zu schaffen, bei welchen die Energieverluste
herabgesetzt sind, die Aufheizzeiten verkürzt sind,
eine Verbesserung des Wirkungsgrades und eine bessere
Temperaturkonstanz sowie eine höhere Behandlungs
temperatur der Warenbahn erreichbar ist, und bei dem
die Gefahr einer Beschädigung oder Zerstörung des
Walzenmantels beim Aufheizen oder während des Betriebes
vermindert ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß im Inneren des Walzenmantels in der Nähe von
dessen Innenfläche wenigstens eine Einrichtung zur
Erhitzung der Innenseite des Walzenmantels mittels
elektrischer Induktion vorgesehen ist.
Mit Vorteil wird diese Walze so betrieben, daß der
Einrichtung zur Erhitzung der Innenseite des
Walzenmantels Energie in einem solchen Maße zugeführt
wird, daß die Walzenmantel-Innenseite auf einer
bestimmten Betriebstemperatur gehalten wird, bzw.
während des Anlauf-Vorganges einen vorgegebenen
Temperaturanstieg pro Zeiteinheit nicht überschreitet.
Bei vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung ist
zusätzlich an der Außenseite des Walzenmantels
wenigstens eine weitere Einrichtung zur Erhitzung des
Walzenmantels mittels elektrischer Induktion
vorgesehen. Hiermit kann der Walzenmantel gleichzeitig
von innen und von außen aufgeheizt werden, so daß
temperaturinduzierte mechanische Spannungen, welche zur
Beschädigung des Walzenmantels führen könnten,
weitgehend vermieden werden. Die Steuerung der
elektrischen Ströme der innerhalb und außerhalb der
Walze vorgesehenen induktiven Heizvorrichtungen erfolgt
mit Vorteil in einem geschloßenen Regelkreis über
Temperatursensoren an der Innenseite und an der
Außenseite des Walzenmantels, welche die den
Induktionseinrichtungen zugeführte elektrische Energie
so steuern, daß die Temperaturdifferenzen zwischen der
Innenseite und der Außenseite des Walzenmantels
bestimmte vorgegebene Werte nicht überschreiten.
Als besonders vorteilhafte Weiterbildung hat sich
erwiesen, die Einrichtung zur induktiven Erhitzung der
Innenseite des Walzenmantels an den Stützelementen der
Durchbiegungseinstellwalze vorzusehen. Da die
Lagerflächen der Stützelemente im Betrieb einen festen,
geringen Abstand von der Lauffläche an der Innenseite
des Walzenmantels haben, sind die Abstände der
Induktionsspulen von der Walzenmantel-Innenseite
ebenfalls konstant, so daß im Betrieb eine gleich
mäßige Erhitzung des Walzenmantels gewährleistet ist,
und durch die denkbar nächste Plazierung am Walzen
mantel ein optimaler Wirkungsgrad zu erwarten ist.
Mit Vorteil ist an jedem der Stützelemente eine
Induktionsspule vorgesehen, wobei die Hochfrequenz-
Induktionsströme der einzelnen Spulen unabhängig von
einander steuerbar sind. Die Induktionsspulen können
dabei entweder vor dem Einlauf in den Preßspalt
angeordnet sein, um direkt vor dem Spalt die
erforderliche Heizleistung zuzuführen, oder aber hinter
dem Preßspalt, um die abgeführte Wärmeenergie sofort
wieder zu ersetzen.
Die Erfindung benützt die Tatsache, daß mittels
induktiver Erhitzung der Walzenmantel-Innenseite die
Heizenergie direkt in dem Bauteil, das die Wärme dann
an den Prozeß weitergibt, konzentriert wird. Hohe
Energieverluste durch Aufheizung anderer Komponenten.
Bei induktiver Beheizung von innen und außen erfolgt
die Nachlieferung von Wärmeenergie praktisch ohne
Zeitverzögerung, so daß sich Ungleichmäßigkeiten
sofort ausregeln lassen.
Bei Anordnung der Induktionsspulen am feststehenden
Träger ist es jedoch vorteilhaft, die Spulen in einer
zur Preßebene senkrechten Ebene, d. h. quer zur
Preßrichtung vorzusehen, da nur an diesen Stellen der
Abstand des Trägers vom Walzenmantel auch unter
Belastung, d. h. bei einer Durchbiegung des Trägers,
nahezu konstant bleibt.
Die Erfindung wird an Hand der in den Figuren darge
stellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Walzvorrichtung im Querschnitt, und
Fig. 2 eine Walze mit induktiver Innenheizung.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Walzvorrichtung,
beispielsweise einem Glättwerk für eine Papierbahn, übt
eine Durchbiegungsausgleichswalze 2 zusammen mit einer
Gegenwalze 3 auf die zwischen beiden Walzen hindurch
laufende Warenbahn 1 eine Preßkraft aus.
Die Durchbiegungsausgleichswalze 2 kann beispielsweise
gemäß US-A-38 02 044 oder US-A-38 85 283 ausgebildet
sein und weist einen drehfesten Träger 4 und einen um
diesen rotierbaren Walzenmantel 5 auf, der mit einer
Reihe von axial nebeneinander angeordneten
hydrostatischen Stützelementen 6 gegen den Träger 1
abgestützt ist. Diese Stützelemente 6 weisen eine
Kolben/Zylinder-Führung mit einem Druckraum 7 auf,
welcher über eine Trägerbohrung 8 über eine Zuleitung
11 mit einem hydraulischen Druckmittel versorgt wird.
Auf der Lagerfläche der Stützelemente 6 befinden sich
Lagertaschen 9, welche mit Drosselbohrungen 10 vom
Druckraum 7 mit Druckmittel versorgt werden und eine
hydrostatische Lagerung des Walzenmantels 2 auf den
Stützelementen 6 bewirken.
Anstelle der beschriebenen Durchbiegungsausgleichswalze
mit hydrostatischen Stützelementen können auch
andersartige Durchbiegungsausgleichswalzen verwendet
werden, beispielsweise hydrodynamisch oder magnetisch
oder mit Druckkissen abgestützte Walzen oder andere
bekannte Walzen mit steuerbarer Durchbiegung. Die
Gegenwalze 3 kann dabei eine konventionelle Walze oder
aber ebenfalls eine Durchbiegungsausgleichswalze sein.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist seitlich
am Träger 4 der Durchbiegungsausgleichswalze 2 eine mit
hochfrequentem elektrischen Strom versorgbare, aus
einer oder mehreren Windungen bestehende
Induktionsspule 12 vorgesehen, die auf die Innenseite i
des Walzenmantels 5 gerichtet ist, und welche bei
Zuführung hochfrequenter elektrischer Energie den
Walzenmantel 5 direkt von innen ohne Energieverluste an
andere Komponenten erhitzt. Zweckmäßig ist es, über
die Walzenbreite verteilt mehrere Induktionsspulen
nebeneinander vorzusehen.
Um eine möglichst gleichmäßige Aufheizung des
Walzenmantels 5 und damit eine Spannungsminimierung zu
erreichen, kann an der Außenseite a des Walzenmantels
ebenfalls eine analoge induktive Heizvorrichtung 13
vorgesehen sein, wobei beide Heizvorrichtungen 12 und
13 von einer Regeleinrichtung 14 angesteuert sein
können, die wiederum Signale von je einem Temperatur-
Sensor 15 an der Innenseite i und einem Sensor 16 an
der Außenseite a des Walzenmantels 5 erhält, und
welche so ausgebildet ist, daß die Temperatur-
Differenz zwischen der Walzenmantel-Innenseite und der
Außenseite einen bestimmten Wert nicht überschreitet
und somit eine Beschädigung des Walzenmantels durch
unzulässige mechanische Spannungen vermeidet.
Bei der Methode mit induktiver Heizung des Walzen
mantels ist es problematisch, eine genaue Abstands
toleranz der Induktionsspulen vom Walzenmantel über
über die Walzenbreite sicherzustellen, was zu
ungleichmäßiger Leistungsübertragung und somit zu
ungleicher Oberflächentemperatur führt. Besonders
nachteilig ist es, daß der Wirkungsgrad sehr stark vom
Abstand der Induktionsspule von der Walze abhängt und
daß sehr kleine Abstände auf die beschriebene Weise
nicht realisierbar sind, auch wenn die Induktionsspulen
seitlich am Träger angebracht sind, wo die Abstands
variationen am kleinsten sind. Außerdem ist es
erwünscht, die Energie genau dort zuzuführen, wo sie
gebraucht wird, d. h. möglichst nahe am Preßspalt.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel einer
besonders vorteilhaften Durchbiegungsausgleichswalze 2
werden diese Probleme dadurch gelöst, daß die
induktiven Heizvorrichtungen anstatt am Träger 4 an den
Stützelementen 6 angebracht ist, und zwar als
Induktionsspulen 17 bzw. 18 seitlich auf einem Flansch
19 der Stützelemente 6. Da die Lagerflächen der
Stützelemente 6 einen nahezu konstanten Abstand von der
Walzenmantelinnenseite i haben, ist damit auch eine
optimale Abstandskonstanz der Induktionsspulen 17 und
18 zum Walzenmantel gewährleistet. Dadurch kann der
Induktor möglichst nahe am Walzenmantel angeordnet
werden und somit die Leistungsübertragung und der
Wirkungsgrad deutlich verbessert werden.
Durch entsprechende Abschirmung 20 der Induktionsspulen
vom Träger und den Stützelementen kann eine
Überleitung der Energie auf die benachbarten Bauteile
weitgehend vermieden werden.
Eine allfällig erforderliche Kühlung der Induktions
spulen kann durch das ohnehin notwendige Hydraulik
medium erfolgen.
Die Induktoren 17 können unmittelbar vor dem Preßspalt
vorgehen sein, oder aber stattdessen oder gleichzeitig
auch als Spulen 18 unmittelbar nach dem Preßspalt.
Da bei einer Reihe von in Achsenrichtung der Walze
nebeneinander angeordneten Stützelementen jedes
Stützelement 6 mit einer Induktionsspule 17 bzw. 18
versehen ist, kann die Steuerung der Induktorleistung
mit Vorteil zonenweise erfolgen oder mittels einer
Regeleinrichtung so geregelt werden, daß die Warenbahn
nach Durchgang durch den Preßspalt ein gewünschtes
Eigenschaftsprofil über die Breite erhält.
Vorteilhaft bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen
ist es, daß alle im Induktor entstehenden
Verlustleistungen in der Walze freiwerden und so dem
Prozeß nicht verloren gehen, wie bei der Beheizung
einer Walze von außen.
Claims (10)
1. Walze mit einem um einen drehfesten Träger (4)
rotierbaren und gegenüber dem Träger mit wenigstens
einem Stützelement (6) abgestützten Walzenmantel (2)
und wenigstens einer Einrichtung (12) zur Erhitzung der
Innenseite des Walzenmantels, dadurch gekennzeichnet,
daß im Inneren des Walzenmantels (2) in der Nähe von
dessen Innenfläche (i) wenigstens eine Einrichtung (12)
zur Erhitzung der Innenseite des Walzenmantels (2)
mittels elektrischer Induktion vorgesehen ist.
2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (17, 18) zur Erhitzung an
wenigstens einem Stützelement (6) vorgesehen ist.
3. Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtungen (17, 18) zur Erhitzung am
betreffenden Stützelement (6) unmittelbar vor und/oder
nach der Wirkebene des Stützelementes angebracht sind.
4. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (12) zur Erhitzung seitlich am
Träger (4) etwa in einer Ebene senkrecht zur Wirkebene
des Stützelementes (6) vorgesehen ist.
5. Walze nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch
gekennzeichnet, daß in Achsenrichtung der Walze (2)
mehrere Stützelemente (6) nebeneinander vorgesehen
sind, wobei jedes der Stützelemente eine Einrichtung
zur induktiven Erhitzung des Walzenmantels trägt.
6. Walze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die einzelnen Einrichtungen (17, 18) zur Erhitzung
unabhängig voneinander in Ihrer Heizleistung steuerbar
sind.
7. Walze nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch
gekennzeichnet, daß zusätzlich an der Außenseite (a)
des Walzenmantels (5) wenigstens eine weitere
Einrichtung (13) zur Erhitzung des Walzenmantels
mittels elektrischer Induktion vorgesehen ist.
8. Walze nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einrichtung (12, 13, 17, 18)
zur Erhitzung eine mit hochfrequentem Strom betriebene
Induktionsspule aufweist, deren Achse gegen den
Walzenmantel (5) gerichtet ist.
9. Verfahren zum Betrieb der Walze nach einem der
Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß mit der
Einrichtung zur Erhitzung der Innenseite des
Walzenmantels mittels elektrischer Induktion Energie in
einem solchen Masse zugeführt wird, daß die
Walzenmantel-Innenseite auf einer bestimmten
Betriebstemperatur gehalten wird, bzw. während des
Anlaufvorgangs einen vorgegebenen Temperaturanstieg pro
Zeiteinheit nicht überschreitet.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß gleichzeitig die Außenseite des Walzenmantels
aufgeheizt wird, wobei die von außen zugeführte
Energie so gesteuert wird, daß die Temperatur
differenzen zwischen der Innenseite und der Außenseite
des Walzenmantels vorgegebene Werte nicht
überschreiten.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SULZER-ESCHER WYSS GMBH, 7980 RAVENSBURG, DE |
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D2 | Grant after examination | ||
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |